純電動物流車電動空氣壓縮機布置方案研究

項冬東，王佩

純電動物流車電動空氣壓縮機布置方案研究

項冬東，王佩

（陜西汽車控股集團有限公司，陜西 西安 710200）

電動空氣壓縮機為純電動物流車提供壓縮氣源，以供整車制動及輔助用氣裝置的使用。文章基于整車性能的受影響程度進行電動空氣壓縮機布置的多方案分析，從多個維度進行客觀評價，選取適合于整車的最優(yōu)方案。此方法亦可用作其他關鍵件的布置校核。

電動空氣壓縮機；多方案；布置；整車性能；評價

前言

車用電動空氣壓縮機是獨立式，不同于作為發(fā)動機附件的傳統(tǒng)燃油車結構，其主要由打氣泵和驅動電機等部件組成[1]，通常采用往復活塞式結構，利用自潤滑或無油潤滑的方式進行工作。一般應用于總質量為8000kg以上的電力驅動車型，將儲存的電能轉換成氣體壓力能為整車提供壓縮氣源，是整車壓縮空氣的產(chǎn)生裝置，用于行車制動、駐車制動及輔助用氣等。

純電動物流車為電力驅動車型的一類，由于其無污染、噪音小、不限行等優(yōu)點深受廣大用戶的喜愛。電動空氣壓縮機是純電動物流車必不可少的關鍵零部件，其位置布置的好與壞直接影響整車壽命、維修保養(yǎng)便利性及駕乘舒適性等。

通過查閱相關技術資料可知，純電動物流車的電動空氣壓縮機布置位置常見的有三種，位置一為車架后懸處，車架中部，見圖1；位置二為車架后懸處，車架左縱梁外側，見圖2；位置三為前懸架后支座附近，車架中部，貨箱下部，見圖3。

1 布置分析方法

根據(jù)整車空間規(guī)劃，展開多方案布置分析，通過整車性能的受影響程度進行評價，并結合競品對標情況，選取適用于整車總布置的最終方案。

基于平臺化、系列化、模塊化思路進行整車開發(fā)，在滿足平臺裝備定義及樣車配置的前提下合理規(guī)劃整車空間，為有爭議的零部件方案提供多方案論證的條件。

圖1 布置位置一

圖2 布置位置二

圖3 布置位置三

通常所說的整車性能，實際上是指產(chǎn)品的功能和質量兩個方面。功能是實現(xiàn)其所需要的某種行為的能力。質量為實現(xiàn)功能的程度和持久性的度量，使它在設計中便于參數(shù)化和賦值。

整車性能指標要求是用來定義整車級性能要求的工程文件，以用于指導產(chǎn)品的設計，并按照該文件對不同節(jié)點進行產(chǎn)品驗證。其目的是全面定義整車級的技術規(guī)范，以滿足三方面的要求，一方面完全理解市場部門對新開發(fā)車型的意向和市場能夠接受的潛在要求；另一方面系統(tǒng)地確定顧客需求的車輛條件并以此來定義整車的特性；最后盡可能地將我們的車輛定義為顧客需要的，滿足所有要求的產(chǎn)品。

整車性能一般包含質量、安全、駕乘環(huán)境、環(huán)保、駕駛性能、運輸效率、造型及殘值等方面，通過整車性能的受影響程度來評價系統(tǒng)地設計方案較為科學、全面，避免設計經(jīng)驗不足及考慮不周等問題的發(fā)生。

2 布置位置分析

2.1 電動空氣壓縮機結構簡述

現(xiàn)車型采用的電動空氣壓縮機為活塞式有油潤滑風冷式結構，主要由電子風扇、氣缸、聯(lián)軸器、油泵、曲軸、電機及油底殼等零件組成，其外形見圖4。

圖4 電動空氣壓縮機外形示意

2.2 布置需考慮的相關因素

依據(jù)整車性能指標要求，在電動空氣壓縮機布置時需考慮其自身的維修保養(yǎng)、工作環(huán)境及對整車的影響三方面因素，將其作為評價布置優(yōu)劣的標準；其維修保養(yǎng)包含機油的更換、機濾的更換、電子風扇的維修、電機的維修、空氣濾芯的更換等；工作環(huán)境的影響主要有進氣質量、工作溫度等；對整車的影響有駕乘舒適性、平臺通用性、裝載方便性等。

2.3 整車空間區(qū)域劃分

從系統(tǒng)功能角度出發(fā)，對整車空間進行區(qū)域劃分，見圖5。在滿足平臺化的前提下，對于電動空氣壓縮機的布置有預留1和預留2可選；在不考慮其他技術路線完全通用的前提下，還有能量轉換、冷卻預留、能量源三個區(qū)域可選。

圖5 整車功能區(qū)域劃分

2.4 電動空氣壓縮機多方案布置分析

根據(jù)整車空間區(qū)域劃分，對可選的五個區(qū)域進行布置分析。

2.4.1對預留1的布置分析

預留1位置即為車架中部，貨箱下部，稱為位置1，電動空氣壓縮機布置于此處，見圖6，由于貨箱與底盤固連，并且車架兩側外圍部件的遮擋，導致其維修保養(yǎng)的可達性極差，見圖7。

圖6 電動空氣壓縮機布置示意

圖7 電動空氣壓縮機周邊件布置情況

處于前后輪之間，車架中部，空氣質量良好，且周邊不存在高溫熱源，工作溫度適宜；另外此處整車振動小，對于安裝支架的要求較低；為了滿足維修保養(yǎng)便利性的需求，方案一是在大廂底板預留檢修口，通過檢修口進行常規(guī)的維修保養(yǎng)，見圖8、9；方案二是從車架下部鉆入，底部空間局促，見圖10、11，此方案對于場地的要求較高，需具備地坑或者舉升機，見圖12。

圖8 檢修孔示意

圖9 檢修孔實物展示

圖10 底部維修校核示意一

圖11 底部維修校核示意二

圖12 舉升機示例

2.4.2對預留2的布置分析

預留2位置即為車架后懸左側，貨箱下部，稱為位置2，此處空間較為裸露，見圖13。通過人機校核，此處視野、手可及性、手操作空間、工具操作空間均可滿足維修保養(yǎng)需求，見圖14、15。其位置處于后輪后方，由于擋泥板的遮擋，進氣質量能夠滿足需求，周邊不存在高溫熱源，工作溫度適宜。由于處在整車后懸及車架外側，行駛過程中，振動較大，對于安裝支架提出了更高的要求。

圖13 電動空氣壓縮機布置示意

圖14 維修保養(yǎng)校核一

圖15 維修保養(yǎng)校核二

部分純電動物流車會裝備起重尾板滿足裝卸貨物的便利性。起重尾板通常分為懸臂式、折疊式和垂直式三種，見圖16、17、18。對于配備旋臂式起重尾板和折疊式起重尾板，由于車架后懸處已布置電動空氣壓縮機，其將導致動力控制單元、液壓油缸、電器控制盒等部件無法布置，見圖19、20；僅能配備不侵占底盤空間的垂直式起重尾板，但其價格較高，較常用的懸臂式起重尾板貴3000~5000元。

圖16 懸臂式起重尾板

圖17 折疊式起重尾板

圖18 垂直式起重尾板

圖19 底盤安裝起重尾板校核一

圖20 底盤安裝起重尾板校核二

2.4.3對能量轉換區(qū)域的布置分析

圖21 布置位置一

圖22 位置一冷卻氣流流向示意

圖23 位置一維修保養(yǎng)校核一

圖24 位置一維修保養(yǎng)校核二

此位置即為駕駛室底板下部，稱為位置3，與柴油車的發(fā)動機布置位置類似。根據(jù)其與冷卻模塊的前后關系，有兩種布置位置。一種布置位置為電動空氣壓縮機布置于冷卻模塊之后，見圖21，冷卻模塊產(chǎn)生的熱風會使其熱負荷加大，見圖22；其位于駕駛室正下方，工作過程中產(chǎn)生的噪聲會對乘員的駕乘舒適性產(chǎn)生不利的影響；從平臺化角度考慮，其無法滿足增程式車型發(fā)動機、燃料電池車型燃料電池發(fā)動機的布置需求；由于駕駛室可實現(xiàn)一定角度的翻轉，其維修保養(yǎng)變得觸手可及，見圖23、24。另外一種布置型式為電動空氣壓縮機布置于冷卻模塊之前，其將影響冷卻模塊的進氣量，見圖25。其余影響與前一種布置型式類似。

圖25 位置二冷卻氣流流向示意

2.4.4對冷卻預留位置的布置分析

其與預留1的布置位置類似，見圖26，稱為位置4，對整車性能的影響與預留一相同，此處不再贅述。

圖26 電動空氣壓縮機布置位置示意

2.4.5對能量源區(qū)域的布置分析

圖27 電動空氣壓縮機布置位置示意

圖28 維修保養(yǎng)校核一

圖29 維修保養(yǎng)校核二

位于車架右縱梁外側，貨箱底部，稱為位置5，布置見圖27；由于所處的位置無遮擋并處于前后輪之間，通過校核，其可滿足維修保養(yǎng)的需求，見圖28、29；周邊不存在高溫熱源并且進氣質量較好，工作溫度適宜；但是無法滿足純電動車型動力電池、燃料電池車型的氫氣供給系統(tǒng)的側掛布置需求，平臺通用性不佳。

2.4.6布置位置評價

通過以上五種位置的布置分析，依據(jù)整車性能指標受影響程度在維修性、保養(yǎng)性、進氣質量、駕乘舒適性、可靠性、碰撞兼容性、平臺通用性、裝載方便性八個維度進行評價，見表1。

表1 電動空氣壓縮機布置位置評價

3 結論

通過電動空氣壓縮機不同位置的布置分析可知，布置于車架后懸處左縱梁外側的方案具有利于平臺車型通用化設計、模塊化設計、車型拓展及提高維修保養(yǎng)便利性、駕乘舒適性等優(yōu)點。但此處振動沖擊較其他方案大，結合競品車型布置來看，可通過結構設計、橡膠墊隔振率優(yōu)化等手段達到滿足使用要求的目的。

目前，起重尾板廠家也在開發(fā)不侵占底盤空間的新型產(chǎn)品，隨著起重尾板技術的發(fā)展，相信在不久的將來，將會生產(chǎn)出價格低廉并且不侵占底盤空間的新型起重尾板產(chǎn)品。

對于底盤后懸空間有特殊需求的車型，車架中部、貨箱下部的預留位置1也可提供備選的解決方案。

[1] 陳運來等,電動空氣壓縮機在電動客車上的應用及發(fā)展[J].客車技術與研究,2018:19-22.

Research on Layout Scheme of Electric Air Compressor for Pure Electric Logistics Vehicle

Xiang Dongdong, Wang Pei

( Shaanxi Automobile Holding Group Co. Ltd, Shaanxi Xi'an 710200 )

The electric air compressor provides the compressed air source for the pure electric logistics vehicle, for the whole vehicle braking and the use of auxiliary air devices. In this paper, based on the degree of influence of the performance of the whole vehicle, the arrangement of electric air compressor is analyzed in multiple schemes, and the objective evaluation is carried out from multiple dimensions to select the optimal scheme suitable for the whole vehicle. This scheme can also be used for the arrangement and checking of other critical parts.

Electric air compressor;Multi-scheme;Layout;Vehicle performance;Evaluation

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.001

U469.7

B

1671-7988(2021)02-01-04

U469.7

B

1671-7988(2021)02-01-04

項冬東，就職于陜西汽車控股集團有限公司，研究方向：整車設計。